自然環(huán)境尾水三氮轉(zhuǎn)化規(guī)律及對自來水安全影響研究

彭敏 范洪波 呂斯濠

(東莞理工學院 化學與環(huán)境工程學院，廣東東莞 523808)

在天然水體中，氮素污染研究所測定得到的結(jié)果是水質(zhì)優(yōu)劣的重要判定依據(jù)［2］?！叭痹陲嬘盟袑θ梭w健康的影響也越來越受到關(guān)注。有報道表明，飲用水中“三氮”濃度較高，為人體合成致癌物提供了有利條件。當硝酸鹽與仲胺共存時，經(jīng)過細菌與霉菌的作用可合成亞硝胺。飲用水中硝酸鹽、氨氮濃度與食管癌發(fā)病率呈正相關(guān)，亞硝酸鹽與食管癌發(fā)病率無明顯相關(guān)性［3－4］。以往研究的重點都在三氮對水質(zhì)的影響以及如何去除［5－9］，而對于含量相對較高的污水處理廠尾水中三氮在自然環(huán)境下的轉(zhuǎn)化和自凈過程關(guān)注的較少［10］。因此，研究較高含量三氮在自然條件下的轉(zhuǎn)化規(guī)律，把握它們自凈過程對污染的控制具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 實驗設(shè)計與樣品采集

實驗分冬、夏兩部分。污水處理廠采用二級處理——活性污泥+V型濾池深度處理工藝，除磷脫氮效果好，出廠水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準 (GB18918－2002)。每次實驗采集6個水樣，從污水處理廠尾水排出口，到尾水受納水體——月塘湖入口處，平均間隔采集水樣 (每個取樣點間隔約為1 km)。

1.2 分析方法及儀器

氨氮采用納氏試劑分光光度法;亞硝酸鹽氮采用重氮偶合分光光度法;硝酸鹽氮采用麝香草酚分光光度法;溶解氧采用電化學探頭法;余氯采用3，3＇，5，5＇－四甲基聯(lián)苯胺比色法。UV－751GD型紫外分光光度計 (上海自動化儀表股份有限公司);便攜式Y(jié)SI ProODO光學溶解氧測量儀 (美國YSI)。

1.3 加標回收率測定

測定氨氮、硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量。在測定的線性范圍內(nèi)，適當加入氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的標準溶液，每種標準溶液加三份，計算該標準溶液在該水樣中的加標回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 尾水三氮在自然環(huán)境下的轉(zhuǎn)化

夏季污水處理廠出廠水三氮含量為氨氮0.88 mg/L，亞硝酸鹽氮0.092 mg/L，硝酸鹽氮0.8 mg/L。在第二個取水點明顯有排污口，水質(zhì)明顯變差，氨氮和亞硝酸鹽氮濃度明顯增高。在自然環(huán)境下，氨氮的轉(zhuǎn)化速度要比亞硝酸鹽氮快。水體流到第四個取水點時，三氮含量基本趨于穩(wěn)定。氨氮為0.76 mg/L，亞硝酸鹽氮為0.260 mg/L，硝酸鹽氮0.3 mg/L。第五、第六個水樣，硝酸鹽氮最后穩(wěn)定在0.2 mg/L，第五個取水點的排污口未影響硝酸鹽氮的濃度。說明在夏季水系統(tǒng)內(nèi)的植物和周圍的植被在低濃度時能夠迅速吸收硝酸鹽氮。

冬季污水處理廠出廠水三氮的含量為氨氮0.57 mg/L，亞硝酸鹽氮0.132 mg/L，硝酸鹽氮2.0 mg/L。冬天植物吸收硝酸鹽氮較弱，水體中硝酸鹽氮含量略高于夏季，但由于是南方，冬天水體的水溫平均值也有18.1℃，故植物對硝酸鹽氮的吸收沒有受氣溫太大影響。流到第四個取水點時，三氮均趨于穩(wěn)定。氨氮此時維持在0.21 mg/L，亞硝酸鹽氮維持在約0.159 mg/L，硝酸鹽氮維持在0.4 mg/L。第五個水樣三氮含量略有所升高 (第五個取水點前部有排污口)，經(jīng)約1 km轉(zhuǎn)化，第六個水樣回歸穩(wěn)定值。(數(shù)據(jù)如表1所示)

表1 夏冬兩季三氮含量及各水樣的加標回收率 (單位:mg/L和1)

夏季和冬季各測量值的加標回收率及各季節(jié)的平均加標回收率如表一所示。各數(shù)據(jù)的加標回收率的情況良好，三氮季節(jié)平均加標回收率落在［0.99 1.05］，未出現(xiàn)異常的加標回收率。三氮在自然環(huán)境下，大約經(jīng)過4 km自然轉(zhuǎn)化，含量明顯降低，穩(wěn)定在較低值，不隨水流繼續(xù)向前而發(fā)生較大變化。

2.2 影響尾水三氮轉(zhuǎn)化的因素——T、DO、CODMn

2.2.1 溫度

冬季實驗時待測水樣的平均溫度是18.1℃ (最高溫度19.1℃，最低溫度17.3℃)，夏季實驗時待測水樣的平均溫度是27.7℃ (最高溫度28.3℃，最低溫度26.6℃)。

冬季氨氮和硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化要比夏季好。這與夏季氣溫高，各種生物的活性較強，硝化作用較強相違背?？赡苁悄戏?，即使是冬天，氣溫也不是很低，氣溫對水體中各種生物的活性并沒有太大影響。相反，冬季水體中的溶解氧比較多 (如表2)，更有利于硝化作用。故而能夠轉(zhuǎn)化冬季里水體中濃度較高的氨氮和亞硝酸氮，并利用植物吸收作用，吸收水體中硝酸鹽氮，經(jīng)過一定距離的轉(zhuǎn)化后，水體中三氮含量顯著降低 (如圖1所示)。

表2 夏冬兩季溶解氧隨水流方向變化表 (單位:mg/L)

氨氮的轉(zhuǎn)化受溫度的影響較大，夏季溫度比較高隨著水流方向，氨氮穩(wěn)定在0.76 mg/L，冬季溫度較低隨著水流方向，氨氮穩(wěn)定在0.24 mg/L。硝酸鹽氮夏季和冬季濃度差別不大，轉(zhuǎn)化速度也差別不大。濃度較高時轉(zhuǎn)化速度比較快。亞硝酸鹽氮濃度較高時 (＞1.0 mg/L)，轉(zhuǎn)化速度較慢，濃度在1.0～0.2 mg/L時轉(zhuǎn)化速度比較快。小于0.2 mg/L時，轉(zhuǎn)化放緩。溫度對亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化情況影響不大，冬夏季的轉(zhuǎn)化情況差不多。氨氮冬季高濃度剛開始轉(zhuǎn)化時，轉(zhuǎn)化速度較慢;后期速度加快;夏季時高濃度和低濃度的轉(zhuǎn)化速度差不多。溫度對氨氮轉(zhuǎn)化穩(wěn)定值的影響較大。

圖1 夏 (左)冬 (右)兩季三氮隨水流方向濃度變化圖

2.2.2 溶解氧

氣溫越低，水中的溶解氧越高。冬季的DO值要比夏季高，六個取樣點處的含量變化不大，冬季DO值在8.00 mg/L上下波動，而夏季DO值在6.50 mg/L上下波動 (如表2所示)。冬季溶解氧較高有利于氨氮和亞硝酸鹽氮的硝化作用，冬季氨氮和亞硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化比夏季好。

2.2.3 CODMn

圖2 CODMn隨水流方向變化圖

CODMn值的大小可用于表示水體里所含有機物的多少，指示出水體受到的有機污染程度。由圖2可以看出除了第三取樣點之外，夏季水中的COD值都比冬季要高，說明夏季水體受到的污染要比冬季嚴重。其中第二取樣點因為有排污口，受到嚴重的污染，所以COD值明顯增大，第三取樣點則是因為受到第二取樣點的影響，COD值偏高。第五個取樣點也有排污口，水體受到了污染，COD值增加。在夏季的數(shù)據(jù)中，第四、六取樣點處的COD值相對偏高，這是由于夏季附近許多居民在水邊游玩和釣魚，魚餌及垃圾使COD值變大。整體來看，夏季水體污染明顯比冬季嚴重。

COD值越大，水體污染就越重，水體自凈過程就需消耗更多的氧氣去降解水中的有機物，氧氣的消耗必然影響到三氮轉(zhuǎn)化［11］。因此，冬季三氮轉(zhuǎn)化情況好于夏季。

3 結(jié)語

1)污水處理廠尾水排入自然水體中，在冬季水中的溶解氧含量較高、CODMn比較低，營造了一個富氧的水體環(huán)境，硝化能力較強，三氮轉(zhuǎn)化快。冬季三氮轉(zhuǎn)化情況好于夏季。硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮夏冬季轉(zhuǎn)化速度差別不大。濃度較高時硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化速度比較快。亞硝酸鹽氮濃度較高時 (＞1.0 mg/L)，轉(zhuǎn)化速度較慢;濃度在1.0～0.2 mg/L時轉(zhuǎn)化速度比較快;小于0.2 mg/L時，轉(zhuǎn)化放緩。氨氮冬季高濃度時剛開始轉(zhuǎn)化時，轉(zhuǎn)化速度較慢;后期速度加快;夏季的高濃度和低濃度的轉(zhuǎn)化速度差不多。

2)尾水三氮隨著水流方向含量不斷減少，經(jīng)過約4 km轉(zhuǎn)化，穩(wěn)定在較低值，氨氮夏季穩(wěn)定在0.78 mg/L，冬季穩(wěn)定在0.27 mg/L。亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮冬季和夏季，均約穩(wěn)定在0.2 mg/L。水廠常規(guī)處理工藝完全能轉(zhuǎn)化這種低含量的三氮。因此，針對達標排放的尾水，只要將自來水廠取水點建在4 km外，有效的減少了水廠處理三氮的壓力，三氮對飲用水安全。

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